Study on the Development of 340MPa Grade Super Formable High Strength Steel Sheets

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2009 KSAE 1225-6382/2009/1 0 0-07 Transactions of KSAE, Vol. 17, No. 4, pp.48-54 (2009)

340MPa

김 용 희^*1)․이 영 수²⁾․이 오 연¹⁾

전북대학교 신소재공학부, 신소재개발 연구센터¹⁾․현대하이스코 기술연구소²⁾

Study on the Development of 340MPa Grade Super Formable High Strength Steel Sheets

Yonghee Kim^*1)․Youngsoo Lee²⁾․Ohyeon Lee¹⁾

1)

School of Advanced Materials Engineering & RCAMD, Chonbuk National University, Jeonbuk 561-756, Korea

2)

Technical Research Center, Hyundai HYSCO, San 30-9 Seonwol-ri, Haeryong-myeon, Suncheon-si, Jeonnam 540-856, Korea (Received 8 October 2008 / Accepted 10 February 2008)

Abstract : The demand for formable high-strength steel (HSS) sheets has recently increased to reduce the weight of automotive bodies. The 340MPa (Tensile Strength) grade steel sheets are widely used for body inner and outer panels.

Especially, super formable 340MPa grade steel sheets with high r-value have an excellent deep drawability compared with the other 340MPa grade steel sheets. It is very available for a part such as rear floor, center floor and dash panels used conventional mild steels up to now. We developed a super formable HSS by optimization of chemical composi- tion, texture control and heat treatment control. It has good mechanical properties with excellent formability (tensile strength: 343MPa, elongation: 41.1% and r =2.1).

Key words : Super formable HSS(초고성형성 고강도강), Formability(성형성), Mechanical property(기계적성질), Texture(집합조직), Heat treatment(열처리)

1.

¹⁾

자동차 산업에서 고성형성 강판에 대한 요구는 자동차 부품이 점차 대형화, 일체화 되어감에 따라 지속적으로 증가해 왔으며, 특히 탄소 함량이 50ppm 이하인 극저탄소강에 탄질화물 형성원소인 Ti, Nb, V 등을 첨가하여 강중에 고용되어 있는 C, S, N 등을 탄질화물로 석출시켜 성형성을 극대화 시킨 고청정강인 IF(Interstitial-Free)강의 개발에 의해 더 욱 가속화 되었다.^1,2) 최근 자동차 강재의 요구 동향 은 차체 경량화, 생산비용 절감, 환경 친화성, 승객 안전성으로 크게 대별할 수 있다. 80년대 후반부터 세계적인 환경규제 강화를 배경으로 자동차의 경량

*

Corresponding author, E-mail: [email protected]

화에 대한 요구가 보다 늘어나면서 경량소재의 사 용량 증가, 차체 및 프레임의 경량화, 고강도강의 채 용 확대를 통한 차체 경량화가 추진되어 오고 있 다.³⁾ 이러한 요구에 부응하기 위해 Mn, P, Si 등의 원 소를 적절히 첨가하여 강도를 확보한 340 ~ 440MPa 급의 IF 고강도강이 개발되어 차체 내․외판재로 적용되고 있다. 하지만 IF 강에 이들 고용강화 원소 의 첨가량이 증가되면 강도는 향상되지만, 제조조 건 제약 및 합금원소의 영향으로 연신율 및 성형성 이 떨어지는 특성을 갖고 있어, 초고성형성을 요구 하는 자동차의 부품에는 아직도 낮은 강도 수준의 심가공용 강판이 사용되고 있다.^4,5)

따라서 본 연구에서는 기존의 340MPa급 IF 고강 도강에서 성형성에 영향을 미치는 다양한 인자의

340MPa

고찰을 통하여 340MPa급 합금화 용융아연도금 (Galvannealed, GA) IF 고강도강판의 기계적 물성 및 도금특성을 만족하면서

r

이상의 성형성이 매우 우수한 강판을 개발하여 자 동차 부품 중 심가공 특성이 요구되는 고강도 부품 에 적용하고자 하였다.

2.

Table 1은 본 실험에 사용된 시편의 주요 성분계 를 나타낸 것이다. 시편 A, B, C는 두께 3.5mm 까지 열간압연 하였으며, 권취온도는 각각 620°C, 640°C, 680°C로 변화시켰다. 여기서 얻어진 열연판재는 염 산으로 산세처리 한 다음 70 ~ 82% 로 냉간압연하여 압하율의 영향에 대하여 조사하였다.

Table 1 Chemical composition of materials used(unit: ppm)

C Si Mn P Ti Nb B

A 10 - 3500 460 340 50 -

B 13 100 4500 560 190 200 10

C 10 100 4200 560 200 200 10

냉연판재의 열처리는 가열 및 냉각의 정밀제어가 가능한 Fig. 1의 고속열처리 모사시험장치(ULVAC 사)를 통하여 Fig. 2와 같이 합금화 용융아연도금 강 판의 제조시 열처리 사이클과 동일한 조건으로 재 현하였으며, 이때 열처리 온도는 810 ~ 850°C 범위 에서 변화시키면서 소둔온도의 영향을 고찰하였다.

열처리된 시편은 JIS5호 규격의 인장시험편을 채취 하여 만능인장시험기(ZWICK)로 인장강도, 항복강

Fig. 1 Photograph of heat treatment equipment (ULVAC)

Fig. 2 Heat treatment cycle of annealing and galvannealed process

도, 연신율, 소성이방성계수 등을 측정하였다.

시편의 미세조직 관찰을 위하여 열연 및 냉연강 판은 연마 후 광학현미경으로 관찰하였으며, 석출 물은 replica법으로 TEM(Transmission Electron Micro- scope)을 이용하여 관찰하였다. 또한 제조조건에 따 른 집합조직의 변화를 고찰하기 위하여 EBSD (Electron Back-Scattered Diffraction)장비를 이용하 여 분석하였다.

시생산 제품의 품질평가는 실험실 규모의 모사실 험을 통하여 얻어진 최적 조건을 활용하여 실제 합 금화 용융아연도금 강판 제조라인에서 생산된 강판 에 대한 재질특성 평가 및 자동차 부품의 성형성 평 가를 실시하였다.

3.

3.1

Fig. 3은 340MPa급 초고성형성 고강도강판의 성 분 설계를 위하여 현재 생산되고 있는 고성형성 340MPa 급 0.001C-0.35Mn-0.046P-0.034Ti 성분계의 고강도강을 용융아연도금 강판 생산라인과 동일한 열처리 패턴으로 가열 및 냉각이 가능한 열처리 시 험 장비를 사용하여 냉간압연 압하율 및 소둔온도 에 따른

r

r

4 2_{45 90}

0

r r

r

r

(1) 실험결과

r

Yonghee Kim․Youngsoo Lee․Ohyeon Lee

Fig. 3 Effect of cold rolling reduction and annealing tempe- rature on the r value in the specimen A

할수록 증가하는 경향을 보였다. 그러나 기존의 고 성형성 340MPa급 소재는 본 연구에서 요구하는 물 성인

r

Fig. 4는 냉연강판 생산라인에서 안정적으로 생 산이 가능한 조건인 압하율 78%, 소둔온도 850°C인 조건에서 열처리된 A, B, C 시편의 기계적 성질을 나타낸 것인데, 시편 A의 경우 850°C의 소둔온도에 서 항복강도(YP)가 200MPa 이하로 낮고 또한, 인장 강도(TS)가 목표강도인 340MPa 이하로 나타났다.

이 결과로부터 340MPa급 초고성형성 고강도강의 개발을 위해서는 강도를 높이고

r

r

Fig. 4 Mechanical properties of specimen A, B and C at cold rolling reduction, 78% and annealing temperature, 850°C

한 B 시편의 경우 363MPa 까지 상승하였으나, 연신 율은 38.2%로 감소하였다. 고온권취재인 C 시편의 경우 인장강도가 349MPa이고 연신율이 41.2%로써 초고성형성 강판의 목표값인 인장강도 340MPa 이 상, 연신율 40% 이상의 조건을 만족하였다. 따라서 성분계 조정을 통하여 고온 소둔시에도 기본적인 기계적 물성의 확보가 가능한 사실을 확인하였다.

3.2

Fig. 5는 열처리 시험결과 기계적 물성이 우수한 C시편의 제조조건에 따른

r

r

Fig. 5 Effect of cold rolling reduction and annealing temper- ature on the r value in the specimen C

Study on the Development of 340MPa Grade Super Formable High Strength Steel Sheets

Fig. 6 φ2 =45° section of ODFs for specimen B and C (a) Specimen B at annealing temperature 810°C, (b) Specimen B at annealing temperature 850°C, (c) Specimen C at annealing temperature 810°C, (d) Specimen C at annealing temperature 850°C

록 재결정을 위한 핵생성 장소가 증가하게 되어 성 형성에 유리한 {111} 재결정 집합조직이 발달하게 되기 때문이다. 또한 Hashimoto⁸⁾ 등이 제시한 α+



^

^

r

Fig. 6은 압하율 78%(0.7mm두께)로 압연된 B와 C 시편을 소둔온도 810°C, 850°C로 합금화 용융아연 도금 조건으로 열처리한 후 EBSD 장비를 이용하여 3차원적인 방위분포함수(ODF, Orientation Distribu

-tion Function)를 측정한 결과이다. 압하율이 78%이 고, 소둔온도가 810°C인 B시편의 (a)에서는 전형적 인 재결정집합조직인 {111}//ND인







^

Fig. 7은 시편 B와 C를 850°C에서 소둔한 시편의 광학현미경 조직이다. 시편 C의 결정립 크기가 시 편 B보다 큰 것을 확인할 수 있는데, 이것은 Fig. 6의 B 시편보다 C 시편이 {111}//ND의



김용희․이영수․이오연

(a)

(b)

Fig. 7 Optical micrographs of annealed specimen B and C at 850°C. (a) Specimen B and (b) Specimen C

Fig. 8 TEM micrographs of precipitatates in annealed speci- men B and C at 850°C (a), (b) Specimen B and (c), (d) Specimen C

3.3

이상과 같은 시험을 통하여 초고성형 고강도강판 제조를 위해서는 기존의 IF 고강도 강판인 340MPa 급 소재에 적정수준의 고용강화원소의 첨가와 함께 성형성 확보를 위해 권취온도와 소둔처리에 의한 석출물 및 집합조직제어, 고온 재결정, 높은 압하율 등이 필요하다는 것을 확인하였다. Table 2는 이와 같은 최적 실험조건을 실제 생산라인에 적용하여 합금화 용융아연도금 강판(GA)으로 생산한 시편의 기계적 물성을 나타낸 것이다.

시생산 결과 성형성 향상을 위하여 고온소둔한 결과 A 시편은 소성이방성계수인

r

r

r

r

r

Fig. 9는 자동차 리어플로어 및 도어이너 부품에 적용하여 프레스 시험한 결과이다. 이 부품들은 대 표적인 딥드로잉 부품으로

r

일반적으로 소재의 강도가 높아지거나 용융아연 도금을 하게 되면 소재의 성형성이 낮아지게 되는 데, 본 연구에서 개발된 강판은 합금화용융아연도 금강판임에도 심가공 특성을 나타내는

r

Table 2 Results of mechanical properties for mill trial test Spec. Reduction

(%)

Anneal.

temp.(°C) YP (MPa)

TS (MPa)

El

(%)

r

A 78 850 188 338 42.4 2.08

B 77 860 211 351 41.8 1.89

C 78 863 202 343 41.1 2.10

340MPa

(a)

(b)

Fig. 9 Results of press test for automotive parts (a) Rear floor and (b) Door inner

4.

합금화 용융아연도금(GA) IF 고성형성 고강도강 의 성분계, 열연공정, 냉연 및 소둔공정 제어를 통하 여 성형성이 매우 우수한 강판을 개발하였으며 다 음과 같은 결론을 얻었다.

1) 소재의 냉연 압하율과 소둔온도의 증가에 따라 재결정후 {111}//ND인

^

r

2) 340MPa급 초고성형성 고강도강판 제조를 위해 서는 고온소둔시 강도 확보를 위한 고용강화 원 소의 첨가와 성형성 확보를 위한 석출물 및 집합 조직 제어가 필요하다.

3) 석출물 분석결과 고온석출물인 조대한 TiN과 미 세한 (Ti, Nb)C 형태의 석출물이 관찰되었으며, 권취온도의 증가에 따라 (Ti, Nb)C 석출물의 크

기가 조대해져 재결정시 결정립성장에 유리하 게 작용하였다.

4) 실제 양산라인에서 시생산한 제품의 기계적성 질 분석결과 인장강도 340MPa이상,

r

References

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